CN102904409A - 用于真空机械手的直接驱动电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于真空机械手的直接驱动电动机，将电机转子置于真空环境中，电机转子与运动载体直接连接实现直接驱动，中间省去了减速机构；将定子置于大气环境中，并在电机定转子之间用真空隔离套隔开。本发明实现结构简单，精度高，转矩大，启动转矩低。本发明的转子还采用中空盘式结构，便于实现真空机器人的多轴轴系的空间同轴布置，并且可使配线从中穿过；采用大间隙的结构能够便于实现转子真空与定子大气环境的有效隔离，更加适用于半导体行业。

Description

用于真空机械手的直接驱动电动机

技术领域

本发明涉及一种用于真空机械手的直接驱动电动机，具体说就是一种专用于半导体设备中真空机械手的内转子三相永磁同步电动机，适用于直接驱动多轴机械手。

背景技术

半导体行业中，真空机械手实现将动力从大气环境传输到真空环境,传统的真空机械手具有多个关节，每个关节布置有电机驱动装置，机械手末端轨迹为多个关节的运动合成。国外上一代真空机械手借助磁性联轴器实现伺服电机与真空轴系之间连接。

传统的机械手末端在传输时数据计算量大，传统的电机驱动装置结构松散，精度低，控制性差，难以满足真空机械手高速、高精度、大转矩、小型化的发展需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种大间隙直接驱动的电机，运用交流伺服驱动器对电机进行控制，无需中间减速环节就能够直接实现对末端部件的转矩转速控制，定转子间有真空隔离套，因此采用大间隙磁路设计。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种用于真空机械手的直接驱动电动机，所述电动机包括：定子、转子，以及传感器；其中，所述转子置于真空环境中，并且与真空环境内的机械手的传动轴直接连接，而所述定子置于大气环境，所述定子与转子之间的气隙≥1.5mm，在定转子间设置有不导磁的真空隔离套3。

优选的，所述定子与转子之间的气隙为1.5mm～3mm。

所述真空隔离套的厚度为0.5mm～1mm。

所述电动机使用增量式的光电编码器作为传感器，其光学码盘的每圈线数为5000线。

所述电动机的转子和定子采用分数槽的极槽配合，以减小电动机的输出转矩波动；所述转子的磁极数为26极；所述定子的铁芯槽数为27槽，槽口宽度为1.5mm。

所述定子由冲片叠压形成，三相电枢绕组在定子齿上成集中短距分布；电机定子的绕组外灌封环氧树脂，对绕组进行整形与保护。

优选的，所述绕组内设置有温度传感器，其根据电机内的温升情况，驱动外部的控制器对电动机做出调整，以适应在不同温度下的不同工作效率。

所述永磁转子包含作为永磁磁极的沿圆周均匀分布的磁钢，转子轭，在磁极与磁极之间均匀分布的非导磁绝缘材料，以及在磁钢外设置的不导磁的护套。

当永磁磁极为钐钴永磁体时，永磁磁钢的径向半径差值4mm～7mm；当永磁磁极为铷铁硼磁体时，永磁磁钢的径向直径半径差值为4mm～6mm。

所述不导磁的护套的厚度为0.3mm～1mm。

本发明是一种大间隙直接驱动的永磁同步电动机，由于真空机器人的传动轴在真空中工作，为了减少中间环节，本发明中将电机转子也置于真空环境中，而将定子置于大气环境中，则在电机定转子之间就需要真空隔离套隔开。本发明的优点是：作为真空机械手的一部分，实现真空机械手末端低速运行的要求，相比已有技术中采用高速电机与磁性联轴器或减速机构结合以实现使用要求的方式，本发明中将直接驱动电机转子与运动载体直接连接，中间省去了减速机构，实现结构简单，传动空间减小、复杂程度下降，精度高，转矩大，启动转矩低。本发明中还采用中空盘式结构的转子，便于实现真空机器人的多轴轴系的空间同轴布置，并且可使配线从中穿过；采用大间隙的结构能够便于实现转子真空与定子大气环境的有效隔离，更加适用于半导体行业。

附图说明

图1是本发明所述电动机的整体结构示意图；

图2是本发明所述电动机的轴向剖视图。

永磁转子1，永磁磁极1-1，转子轭1-2，不导磁不锈钢的护套1-3，定子2，定子冲片2-1，定子齿2-2，不导磁不锈钢的真空隔离套3。

具体实施方式

以下结合图1和图2说明本发明的实施方式。

本发明所述的电动机，是一种大间隙的交流伺服电机，适用于直接驱动真空机械手。该电机主要包括：由硅钢片冲片2-1叠压的定子2、设有永磁磁极1-1、转子轭1-2、极间绝缘材料、不导磁的转子护套1-3的永磁转子1；其中，所述转子1为中空盘式结构，置于真空洁净环境中，并且与机械手的传动轴直接连接，而所述定子2置于大气环境，在定转子间设置有真空隔离套3。

另外，所述电动机还使用光电编码器作为传感器，优选的，其增量式光学码盘的每圈线数为5000线。

为了减小电机的输出转矩波动，电机采用分数槽的极槽配合。一个具体的实施例中，转子1的磁极数为26极，定子2的铁芯槽数为27槽。

所述定子2采用均匀齿槽结构，优选的，槽口宽度为1.5mm，平行齿的齿宽为4.3mm；定子2铁心外径为178mm，定子铁心内径111.6mm，铁心长度13.4mm。电枢绕组在定子齿2-2上，为了便于端部长度最小化，电机三相绕组为集中短距分布。每一相绕组匝数相等；在定子每个齿上的绕组为220匝，双线并绕。并且，电机定子2的电枢绕组外灌封环氧树脂进行绝缘，实现对绕组的整形与保护。

在一些实施例中，在电机绕组内设置有加温度传感器，根据电机内温升情况，驱动外部的控制器做出调整，以适应不同温度下的不同工作效率。

所述转子1的26个磁极1-1沿圆周均布，转子磁极厚度5.9mm，极弧系数0.65，转子内径82.5mm，转子长度13.4mm。

优选的，当磁极1-1为钐钴永磁体时，永磁体磁钢径向半径差值4mm～7mm；当永磁体为铷铁硼磁体时，永磁磁钢径向直径半径差值为4mm～6mm。

为满足真空洁净度要求，转子磁钢表面做镀镍处理。还可以在电机转子轴的表面车1mm深螺纹槽，使转子磁钢与转子间粘接更牢固。

在电机转子的磁极与磁极之间均匀分布有铝块或其它的非导磁材料；若不加真空隔离套，则不需要加极间非导磁绝缘材料。

并且，转子磁钢外设置有不导磁不锈钢的护套1-3进行保护，护套1-3的厚度为0.3mm～1mm，优选厚度为0.5mm。

本发明的其中一个特点在于，定子2铁心与转子1铁心之间为大间隙，并且放置有同轴的不导磁不锈钢真空隔离套3。所述电机定转子间的气隙≥1.5mm，例如是1.5mm到3mm，优选是≥1.8mm。

所述真空隔离套3的厚度为0.5mm～1mm，优选厚度为0.8mm。真空隔离套3的材料为弱磁，奥氏体304不锈钢；也可选用其它满足易加工，不导磁，适合真空隔离场合的材料。该真空隔离套3两端采用静态密封方式密封，实现电机定转子之间的真空隔离。

本发明所述的电机工作转矩可达6Nm以上，转矩波动1%之内，能够实现电机的连续高精度调节。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种用于真空机械手的直接驱动电动机，其特征在于，所述电动机包括：定子（2）、转子（1），以及传感器；其中，所述转子（1）置于真空环境中，并且与真空环境内的机械手的传动轴直接连接，而所述定子（2）置于大气环境，所述定子（2）与转子（1）之间的气隙≥1.5mm，在定转子间设置有不导磁的真空隔离套3。

2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述定子（2）与转子（1）之间的气隙为1.5mm～3mm。

3.如权利要求1或2所述的电动机，其特征在于，所述真空隔离套（3）的厚度为0.5mm～1mm。

4.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述电动机使用增量式的光电编码器作为传感器，其光学码盘的每圈线数为5000线。

5.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述电动机的转子（1）和定子（2）采用分数槽的极槽配合，以减小电动机的输出转矩波动；所述转子（1）的磁极数为26极；所述定子（2）的铁芯槽数为27槽，槽口宽度为1.5mm。

6.如权利要求1或2或5所述的电动机，其特征在于，所述定子（2）由冲片（2-1）叠压形成，三相电枢绕组在定子齿（2-2）上成集中短距分布；电机定子（2）的绕组外灌封环氧树脂，对绕组进行整形与保护。

7.如权利要求6所述的电动机，其特征在于，所述绕组内设置有温度传感器，其根据电机内的温升情况，驱动外部的控制器对电动机做出调整，以适应在不同温度下的不同工作效率。

8.如权利要求1或2所述的电动机，其特征在于，所述永磁转子（1）包含作为永磁磁极（1-1）的沿圆周均匀分布的磁钢，转子轭（1-2），在磁极与磁极之间均匀分布的非导磁绝缘材料，以及在磁钢外设置的不导磁的护套（1-3）。

9.如权利要求8所述的电动机，其特征在于，当永磁磁极（1-1）为钐钴永磁体时，永磁磁钢的径向半径差值4mm～7mm；当永磁磁极（1-1）为铷铁硼磁体时，永磁磁钢的径向直径半径差值为4mm～6mm。

10.如权利要求8所述的电动机，其特征在于，所述不导磁的护套（1-3）厚度为0.3mm～1mm。

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